KR20120089195A - Process for purifying chlorosilanes by distillation - Google Patents

Process for purifying chlorosilanes by distillation Download PDF

Info

Publication number
KR20120089195A
KR20120089195A KR20120006741A KR20120006741A KR20120089195A KR 20120089195 A KR20120089195 A KR 20120089195A KR 20120006741 A KR20120006741 A KR 20120006741A KR 20120006741 A KR20120006741 A KR 20120006741A KR 20120089195 A KR20120089195 A KR 20120089195A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
column
boron
chlorosilanes
stream
distillation
Prior art date
Application number
KR20120006741A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101460142B1 (en
Inventor
우베 펫졸드
발터 헤클
잔 프로차스카와
Original Assignee
와커 헤미 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 와커 헤미 아게 filed Critical 와커 헤미 아게
Publication of KR20120089195A publication Critical patent/KR20120089195A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101460142B1 publication Critical patent/KR101460142B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/37Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts
    • A61F5/3715Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts for attaching the limbs to other parts of the body
    • A61F5/3723Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts for attaching the limbs to other parts of the body for the arms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/37Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts
    • A61F5/3761Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts for attaching the limbs to other objects
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/37Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts
    • A61F5/3769Restraining devices for the body or for body parts, e.g. slings; Restraining shirts for attaching the body to beds, wheel-chairs or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08Compounds containing halogen
    • C01B33/107Halogenated silanes
    • C01B33/10778Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/04Hydrides of silicon
    • C01B33/046Purification

Abstract

PURPOSE: A method for refining chlorosilanes based on distillation is provided to refine contaminated chlorosilanes, accumulate impurities, and discharge the impurities during purge streaming. CONSTITUTION: A method for refining chlorosilanes based on distillation includes the following: the boron-containing mixture of chlorosilanes(1) containing trichlorosilane, dichlorosilane(DCS), and silicon tetrachloride. The mixture is refined using a plurality of distilling columns(5, 6, 7); boron compounds of low boiling points are separated based on overhead stream containing boron-enriched DCS; and boron compounds of high boiling points are separated based on lower stream containing materials of high boiling points.

Description

증류에 의한 클로로실란의 정제 방법 {PROCESS FOR PURIFYING CHLOROSILANES BY DISTILLATION}PROCESS FOR PURIFYING CHLOROSILANES BY DISTILLATION [0002]

본 발명은 증류에 의한 클로로실란의 정제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying chlorosilanes by distillation.

예를 들면, 광전 변환 공학 또는 반도체 산업에서 사용되는 다결정 실리콘의 제조는 원재료인 트리클로로실란(TCS)으로부터 시작된다.For example, the production of polycrystalline silicon used in the photoelectric conversion engineering or semiconductor industry begins with trichlorosilane (TCS), a raw material.

이 TCS는 주로 다음과 같은 세 가지 상이한 공정에 의해 제조된다.This TCS is mainly produced by three different processes:

A) Si + 3HCl → SiHCl3 + H2 + 부산물A) Si + 3HCl → SiHCl 3 + H 2 + by-product

B) Si + 3SiCl4 + 2H2 → 4SiHCl3 + 부산물B) Si + 3 SiCl 4 + 2H 2 → 4SiHCl 3 + by-product

C) SiCl4 + H2 → SiHCl3 + HCl + 부산물C) SiCl 4 + H 2 → SiHCl 3 + HCl + by-product

이러한 공정에 있어서, 다른 부산물 또는 불순물 이외에도 비교적 많은 양의 디클로로실란(DCS)이 형성된다.In this process, a relatively large amount of dichlorosilane (DCS) is formed in addition to other byproducts or impurities.

따라서, 약 0.1?1.0%의 DCS가 (A)에 따른 금속 실리콘의 염화수소화(hydrochlorination)의 반응 생성물 중에 존재하는 것으로 알려져 있다.Thus, about 0.1 to 1.0% of DCS is known to be present in the reaction product of hydrochlorination of metal silicon according to (A).

금속 실리콘과 사염화규소(STC) 및 수소(B)의 반응은 일반적으로 반응 생성물 중에 훨씬 더 높은 DCS 함량을 초래하고, 특히 이 공정을 위한 촉매로서 구리가 사용될 때 그러하다.The reaction of metal silicon with silicon tetrachloride (STC) and hydrogen (B) generally results in a much higher DCS content in the reaction product, especially when copper is used as catalyst for this process.

(C)에 따른 STC의 수소첨가 공정에 있어서도, 0.05?1.0%의 DCS가 반응 생성물 중에 존재한다.Also in the hydrogenation process of STC according to (C), 0.05 to 1.0% of DCS is present in the reaction product.

DCS 자체는 반도체 공업에서 실리콘 증착용뿐만 아니라 유기작용성 실란의 제조용으로도 사용될 수 있는 유용한 생성물이다.DCS itself is a useful product that can be used in the semiconductor industry not only for silicon deposition but also for the production of organofunctional silanes.

그러나, 여기서는 매우 높은 순도가 전제조건이다. 예를 들면, 붕소의 농도가 반도체 용도로는 10ppta 미만이어야 한다.However, very high purity is a prerequisite here. For example, the concentration of boron should be less than 10 ppta for semiconductor applications.

언급할 수 있는 또 다른 예는 하이드로실릴화이다. 하이드로실릴화 공정에서, 하이드로실란의 유도체가 촉매식 부가 반응에 의해 비닐기 또는 다른 다중 결합에 반응하게 된다. 전형적인 촉매는 귀금속 백금의 착체이다. 여기서, 붕소는 촉매독으로 작용하기 때문에, 붕소의 농도는 1ppbw 미만이어야 한다.Another example that may be mentioned is hydrosilylation. In the hydrosilylation process, derivatives of hydrosilanes are reacted to vinyl groups or other multiple bonds by catalytic addition reactions. Typical catalysts are complexes of precious metal platinum. Here, since boron acts as a catalyst poison, the concentration of boron should be less than 1 ppbw.

상기 공정 A-C로부터 형성되는 DCS는, 특히 붕소 함량이 지나치게 높기 때문에 이러한 용도로는 적합하지 않다.The DCS formed from the processes A-C is not suitable for this use, especially because the boron content is too high.

붕소는 8.3℃의 비등점을 가진 BCl3로서 주로 존재 DCS의 비등점(12.5℃)과 근접한 비등점을 가지기 때문에, 붕소는 후속 증류 공정중 DCS 생성물 스트림에서 사실상 완전히 농축된다.Since boron is a BCl 3 with a boiling point of 8.3 ° C. and mainly has a boiling point close to the boiling point (12.5 ° C.) of the existing DCS, boron is virtually completely concentrated in the DCS product stream during subsequent distillation processes.

약 30K의 비등점의 차이에도 불구하고, 증류에 의해 TCS로부터 BCl3를 분리하는 것은, 특히 TCS 중 < 0.1ppm인 붕소 함량을 달성해야 할 때에는 불완전하다.Despite the difference in boiling point of about 30K, the separation of BCl 3 from TCS by distillation is incomplete, especially when a boron content of <0.1 ppm in TCS has to be achieved.

종래 기술에 있어서, 금속 실리콘의 염화수소화 반응에서 생성되는 BCl3는 소정량의 트리클로로실란과 함께 시스템으로부터 배출된다. 이것은, 예를 들면 "Handbook of Semiconductor Silicon Technology", William C. O'Mara, Robert B. Herring and Lee P. Hunt, Noyes Publications, USA 1990, page 4, fig. 2에 기재되어 있다.In the prior art, BCl 3 produced in the hydrochlorination reaction of metal silicon is withdrawn from the system with a predetermined amount of trichlorosilane. This is described, for example, in "Handbook of Semiconductor Silicon Technology", William C. O'Mara, Robert B. Herring and Lee P. Hunt, Noyes Publications, USA 1990, page 4, fig. 2 is described.

매우 유사한 비등점으로 인해, DCS도 BCl3와 함께 시스템으로부터 배출되며, 이것은 전체적 플랜트의 경제성을 저하시킨다.Due to the very similar boiling point, DCS is also released from the system along with BCl 3 , which lowers the overall plant economy.

TCS로부터 붕소 불순물을 제거하기 위한 필수적인 네 가지 상이한 접근법이 알려져 있다.Four different approaches are known which are essential for removing boron impurities from TCS.

따라서, 순전히 증류 방식의 공정 및 가수분해 또는 흡착 단계를 가진 공정이 사용되어 왔다.Thus, purely distillation processes and processes with hydrolysis or adsorption steps have been used.

특허 문헌 DE 10 2007 014 107 A1에는, 증류에 의해 붕소-농후화(boron-enriched) 증류 스트림을 제거함으로써 붕소-함유 클로로실란 혼합물로부터 붕소-제거된 클로로실란을 얻고, 붕소-농후화 사이드 스트림은 하나 이상의 증류 컬럼이 배열된 하나 이상의 증류 컬럼으로부터 분기되어 폐기되거나 또 다른 용도로 이송되는 방법이 기재되어 있다. 다양한 컬럼 배열 및 각 컬럼 상의 오버헤드 및 사이드 오프테이크로부터 생성물을 인출함으로써, 서브스트림(substream) 중 순수한 DCS에서의 붕소 함량이 약 50ppm까지 감소될 수 있다. 그러나, 붕소 농도는 DCS 및 TCS를 함유하는 또 다른 서브스트림에서는 훨씬 더 크게 증가된다. 또 다른 단점은, 폐기물로서 제거되는 TCS의 양이 별로 많지 않다는 점이다.In patent document DE 10 2007 014 107 A1, boron-depleted chlorosilanes are obtained from a boron-containing chlorosilane mixture by removing the boron-enriched distillation stream by distillation, and the boron-enriched side stream is A method is described in which one or more distillation columns are branched from one or more distillation columns arranged and disposed of or sent for further use. By withdrawing the product from the various column arrangements and overhead and side offtakes on each column, the boron content in pure DCS in the substream can be reduced to about 50 ppm. However, the boron concentration is increased even more in another substream containing DCS and TCS. Another disadvantage is that there is not much amount of TCS removed as waste.

특허 문헌 DE 10 2008 002 537 A1에는, 하나 이상의 실리콘 할라이드를 포함하는 조성물 I 중의 붕소 함량을 감소시키는 방법으로서, 조성물 I는, 제1 단계에서, 조성물 I의 1kg당 600mg 이하의 수분과 접촉하고, 제1 단계에서 수분과 접촉한 조성물 I는 선택적으로 완전히 또는 부분적으로, 가수분해된 붕소- 및/또는 실리콘-함유 화합물을 분리 제거하는 단계에 1회 이상 이송되어 예비정제 조성물 II을 형성하고, 이 조성물 II는 완전히 또는 부분적으로 제1 단계로 반송되거나, 상기 방법의 제2 단계에 공급되고, 가수분해된 붕소- 및/또는 실리콘-함유 화합물은 제2 단계에서 증류에 의해 분리 제거되어, 증류액(distillate)으로서 붕소의 함량이 감소된 예비정제 조성물 II를 형성하는 방법이 개시되어 있다.Patent document DE 10 2008 002 537 A1 discloses a method for reducing the boron content in a composition I comprising at least one silicon halide, wherein in a first step, the composition I is in contact with up to 600 mg of water per kg of composition I, Composition I, in contact with moisture in the first step, is optionally transferred completely or partially, one or more times to the separation and removal of the hydrolyzed boron- and / or silicon-containing compound to form pre-purified composition II, which Composition II is either completely or partially returned to the first stage or fed to the second stage of the process, and the hydrolyzed boron- and / or silicon-containing compound is separated off by distillation in the second stage, whereby the distillate A method for forming prerefined composition II with reduced boron content as distillate is disclosed.

클로로실란 중 붕소 함량은, 예를 들면, 적합한 형태로 물의 첨가에 의해 감소될 수 있다. 할로겐화붕소와 물의 반응은 고비점 가수분해물을 형성하는데, 이것은 증류에 의해 클로로실란으로부터 보다 용이하게 분리될 수 있다. 그러나, 이들 공정은, 붕소 및 형성된 클로로실란 가수분해물을 분리하기 위해 추가의 퍼지 스트림(purge stream)을 필요로 한다(예; 출발 물질 기준으로 > 5%의 퍼지 스트림). 플랜트 성분들 중 실리카의 적층 및 형성된 HCl로 인한 부식도 문제점이다. 부식은 뒤이어 플랜트의 강철로부터 P 및 As와 같은 도펀트의 방출을 초래한다.The boron content in chlorosilanes can be reduced, for example, by the addition of water in a suitable form. The reaction of boron halide with water forms a high boiling hydrolyzate, which can be more easily separated from chlorosilanes by distillation. However, these processes require additional purge streams to separate boron and the formed chlorosilane hydrolyzate (eg,> 5% purge streams based on the starting material). Corrosion due to the deposition of silica and the HCl formed of the plant components is also a problem. Corrosion subsequently leads to the release of dopants such as P and As from the steel of the plant.

특허 문헌 EP 2 036 858 A2는, 붕소- 및 인-함유 클로로실란을 착화제(complexing agent)인 벤즈알데히드 및 산소와 접촉시키는 방법을 특허청구하고 있다. 산화 및 착체 형성의 결과로서, 클로로실란에 존재하는 붕소 화합물은 용이하게 분리될 수 있다. 그러나, 이 특허 출원의 실시예 6에 기재된 바와 같이, 붕소 착체와 함께 배출되어야 하는 약 10%의 잔류물이 얻어진다. 비교적 느린 반응(30분)으로 인해, 이 방법은 연속 작업에는 적합하지 않다. 또한, 교반 용기로 인해 장치와 관련된 경비가 증가되고, 목표 생성물 내에 유기 오염물이 도입될 수 있다.Patent document EP 2 036 858 A2 claims a method of contacting boron- and phosphorus-containing chlorosilanes with benzaldehyde and oxygen, which are complexing agents. As a result of oxidation and complex formation, the boron compounds present in the chlorosilanes can be easily separated. However, as described in Example 6 of this patent application, a residue of about 10% is obtained which must be discharged with the boron complex. Due to the relatively slow response (30 minutes), this method is not suitable for continuous operation. In addition, the stirring vessel increases the cost associated with the device and introduces organic contaminants into the target product.

특허 문헌 DE 10 2008 054 537에는, 하나 이상의 실리콘 화합물과 하나 이상의 이질적(foreign) 금속 및/또는 이질적 금속을 함유하는 화합물을 함유하는 조성물을 처리하는 방법으로서, 상기 조성물은, 제1 단계에서, 하나 이상의 흡착제 및/또는 하나 이상의 제1 필터와 접촉하고, 선택적으로는, 추가적 단계에서, 하나 이상의 필터와 접촉하여, 상기 이질적 금속 및/또는 이질적 금속을 함유하는 화합물의 함량이 감소된 조성물을 제공하는 방법이 기재되어 있다. Patent document DE 10 2008 054 537 discloses a method for treating a composition containing at least one silicone compound and at least one foreign metal and / or a compound containing a heterogeneous metal, the composition comprising: Contacting at least one adsorbent and / or at least one first filter and, optionally, in further steps, contacting at least one filter to provide a composition having reduced content of the heterogeneous metal and / or the compound containing the heterogeneous metal. The method is described.

여기서, 클로로실란 중 붕소 함량은 무수 흡착제와의 접촉에 의해 감소된다. 그러나, 얻고자 하는 정제 효과를 달성하기 위해서는 매우 많은 양의 흡착제(120g/TCS 250ml)가 필요하다. 이에 따라 상기 방법이 비경제적으로 되고, 특히 연속 공정이 사실상 적합하지 않기 때문인데, 이것은 반도체 품질의 클로로실란을 제조하는 데 있어서 경제적으로 불리하다. 흡착제의 사용은 또한 추가적 장치(예; 여과 장치)를 필요로 하며, 반도체-순수 제품으로 다른 불순물이 도입될 위험성을 초래한다.Here, the boron content in chlorosilane is reduced by contact with anhydrous adsorbent. However, very large amounts of adsorbent (120 g / TCS 250 ml) are required to achieve the desired purification effect. This makes the process uneconomical, in particular because the continuous process is virtually unsuitable, which is economically disadvantageous in producing chlorosilanes of semiconductor quality. The use of adsorbents also requires additional equipment (e.g., filtration equipment) and poses the risk of introducing other impurities into the semiconductor-pure product.

전술한 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 오염된 클로로실란을 감소된 경비로 정제하고, 불순물을 축적하여 이상적으로 작은 퍼지 스트림 중에 배출하는 것이다. 오늘날 경제적 규모에 있어서, TCS의 수율은 유의적으로 95%보다 높아야 한다.In view of the above problems, it is an object of the present invention to purify contaminated chlorosilanes at reduced expense, to accumulate impurities and to discharge them into an ideally small purge stream. On today's economic scale, the yield of TCS should be significantly higher than 95%.

순전히 증류방식인 공정은 추가의 장치를 필요로 하지 않고, 간편한 방식으로 연속 가동될 수 있기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다. 클로로실란의 손실은 이러한 공정에서 가장 양호하게 최소화될 수 있다.The purely distillation process has been found to be advantageous because it does not require additional equipment and can be run continuously in a convenient manner. Loss of chlorosilanes can be best minimized in this process.

증류방식 공정의 이점은 추가적 불순물이 도입될 위험성이 매우 낮다는 사실이다.The advantage of the distillation process is that the risk of introducing additional impurities is very low.

본 발명의 상기 목적은, 증류에 의한 클로로실란의 정제 방법으로서, TCS, DCS 및 STC를 함유하는 클로로실란의 붕소-함유 혼합물을 제공하는 단계, 및 상기 클로로실란의 혼합물을 복수 개의 증류 컬럼에서 증류에 의해 정제하는 단계를 포함하고, 붕소-농후화 DCS를 함유하는 오버헤드 스트림을 이용하여 상기 증류 컬럼으로부터 저비점 붕소 화합물을 분지시키고, 고비점 물질(high boiler)을 함유하는 붕소-농후화 저부 스트림을 이용하여 고비점 붕소 화합물을 분지시키는, 클로로실란의 정제 방법에 의해 달성된다. It is an object of the present invention to provide a boron-containing mixture of chlorosilanes containing TCS, DCS and STC as a process for purifying chlorosilanes by distillation, and distilling the mixture of chlorosilanes in a plurality of distillation columns. Purifying by, and branching the low-boiling boron compound from the distillation column using an overhead stream containing boron-rich DCS, and the boron-rich bottom stream containing high boiler. It is achieved by the purification method of chlorosilane which branches a high boiling point boron compound using.

제공되는 클로로실란의 혼합물은, 바람직하게는 유동층 반응기에서 350?400℃에서 금속 실리콘과 HCl의 반응에 의해 제조된다.The mixture of chlorosilanes provided is preferably prepared by reaction of metal silicon with HCl at 350-400 ° C. in a fluidized bed reactor.

제공되는 클로로실란의 혼합물은, 바람직하게는 분리 컬럼에 공급되는데, 컬럼 파라미터는 이 분리 컬럼으로부터의 제1 분획 중에 10ppm 미만의 STC가 존재하고 또한 이 분리 컬럼으로부터의 제2 분획 중에 10ppm 미만의 TCS가 존재하도록 선택된다.The mixture of chlorosilanes provided is preferably fed to a separation column, where the column parameters are less than 10 ppm STC in the first fraction from this separation column and also less than 10 ppm TCS in the second fraction from this separation column. Is selected to be present.

관련 컬럼 파라미터는 특히, 저부에서의 압력과 온도 및 이론적 플레이트의 수이다.Relevant column parameters are, in particular, the pressure and temperature at the bottom and the number of theoretical plates.

분리 컬럼으로부터의 제2 분획은 바람직하게는 제2 컬럼에 공급되고, 증류에 의해 STC를 함유하는 오버헤드 스트림 및 고비점 물질을 함유하는 붕소-농후화 저부 스트림으로 분리된다.The second fraction from the separation column is preferably fed to a second column and separated by distillation into an overhead stream containing STC and a boron-rich bottom stream containing high boiling point material.

분리 컬럼으로부터의 제1 분획은 바람직하게는 제3 컬럼에 공급되고, 증류에 의해 TCS를 함유하는 저부 스트림 및 DCS와 같은 저비점 물질(low boiler)과 함께 TCS를 함유하는 붕소-농후화 오버헤드 스트림으로 분리된다.The first fraction from the separation column is preferably fed to a third column and is boron-rich overhead overhead stream containing TCS with a low boiler such as DCS and a bottoms stream containing TCS by distillation. Separated by.

제3 컬럼으로부터의 DCS와 같은 저비점 물질과 함께 TCS를 함유하는 오버헤드 스트림은 불활성 가스가 공급되는 제4 컬럼에 공급되고, 제4 컬럼으로부터는 붕소-농후화 DCS를 함유하는 오버헤드 스트림이 배출되고, 제4 컬럼으로부터의 저부 스트림은 분리 컬럼으로 재순환되며, 제4 컬럼으로부터 오프가스를 함유하는 제2 스트림은 폐기된다.The overhead stream containing the TCS together with the low boiling point material such as DCS from the third column is fed to the fourth column fed with inert gas and the overhead stream containing boron-rich DCS is withdrawn from the fourth column. The bottoms stream from the fourth column is recycled to the separation column and the second stream containing offgas from the fourth column is discarded.

제4 컬럼은 바람직하게는 대기압보다 높은 압력에서 가동된다.The fourth column is preferably operated at a pressure higher than atmospheric pressure.

제3 컬럼으로부터의 DCS와 같은 저비점 물질과 TCS를 함유하는 오버헤드 스트림은 바람직하게는 제4 컬럼에 공급되기 전에 액화된다.The overhead stream containing the low boiling point material such as DCS from the third column and the TCS is preferably liquefied before being fed to the fourth column.

본 발명에 의하면, 오염된 클로로실란을 감소된 경비로 정제하고, 불순물을 축적하여 이상적으로 작은 퍼지 스트림 중에 배출하는, 클로로실란의 정제 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a process for purifying chlorosilanes in which contaminated chlorosilanes are purified at reduced expense, and impurities are accumulated and discharged in an ideally small purge stream.

도 1은 증류에 의해 클로로실란 혼합물의 워크업(work-up)을 위한 공정의 흐름도이다.
도 2는 증류 컬럼으로부터 오버헤드 생성물의 응축 공정을 나타내는 개략도이다.
1 is a flowchart of a process for work-up of a chlorosilane mixture by distillation.
2 is a schematic diagram illustrating a condensation process of an overhead product from a distillation column.

도 1은 금속 실리콘의 염화수소화 반응의 생성물로서 얻어지는 클로로실란 혼합물의 증류에 의한 워크업의 원리를 나타낸다. 본질적 목적은 목표 생성물 TCS로부터 붕소 및 인 불순물의 분리이다.1 shows the principle of workup by distillation of a chlorosilane mixture obtained as the product of the hydrochlorination reaction of metal silicon. The essential purpose is the separation of boron and phosphorus impurities from the target product TCS.

도 2는 도 1에 도시된 증류 컬럼(6)으로부터의 오버헤드 생성물의 응축 공정을 나타낸다.FIG. 2 shows the condensation process of the overhead product from the distillation column 6 shown in FIG. 1.

오버헤드 생성물은 수 냉각기(6w), 염수 냉각기(6s) 및 저온 냉각기(Frigen)(6t)에 의해 차례로 냉각된다. 각각의 경우에 형성된 응축물은 재사용된다. 수 냉각기로부터의 응축물은 컬럼에 재순환된다. 염수 및 저온 냉각기로부터의 응축물은 생성물 스트림(6a)으로서 컬럼(7)에 공급된다. 오프가스는 폐기된다.The overhead product is in turn cooled by a water cooler 6w, a brine cooler 6s and a low temperature cooler (Frigen) 6t. In each case the condensate formed is reused. Condensate from the water cooler is recycled to the column. Condensate from the brine and low temperature cooler is fed to column 7 as product stream 6a. Offgas is discarded.

본 발명은 다결정 실리콘을 제조하기 위한 통합된 플랜트의 다양한 클로로실란 분획 중 붕소 불순물의 분포에 대한 포괄적인 분석 연구에 기초한다.The present invention is based on a comprehensive analytical study of the distribution of boron impurities in the various chlorosilane fractions of an integrated plant for producing polycrystalline silicon.

본 발명의 중요한 단계는 금속 실리콘의 염화수소화에 의한 클로로실란, 바람직하게는 TCS의 제조, 증류에 의한 클로로실란의 정제 단계, 및 이러한 클로로실란의 혼합물로부터 붕소에 의해 고도로 오염된 DCS 및 STC 분획의 제거 단계이다.An important step of the present invention is the preparation of chlorosilanes, preferably TCS by hydrochlorination of metal silicon, purification of chlorosilanes by distillation, and of highly contaminated DCS and STC fractions by boron from mixtures of these chlorosilanes. Removal step.

금속 실리콘의 염화수소화 공정에서 나오는 TCS로부터 붕소의 효과적인 제거는, 본 발명에 따르면 이하에 기재되는 바와 같은 다양한 컬럼의 배열을 이용한 증류에 의해 달성될 수 있다.Effective removal of boron from the TCS resulting from the hydrochlorination process of the metal silicon can be achieved according to the invention by distillation using an array of various columns as described below.

목적은 STC 서브스트림 중 고비점 붕소 화합물 및 DCS 서브스트림 중 저비점 붕소 화합물을 농축하는 것이다.The purpose is to concentrate the high boiling boron compound in the STC substream and the low boiling boron compound in the DCS substream.

이로 인해 20ppb 미만의 붕소를 함유하는 TCS의 제조와 동시에 폐기물 중 TCS를 피할 수 있게 된다.This makes it possible to avoid TCS in the waste at the same time as producing TCS containing less than 20 ppb of boron.

유동층 반응기에서 350?400℃의 온도에서 상업적 금속 실리콘과 HCl의 반응에 의해 얻어지는, 86%의 TCS, 13.5%의 STC, 0.3%의 DCS, 3.2ppm의 붕소 및 미량의 추가적 불순물(메틸클로로실란, 탄화수소, 실록산 및 디실란과 같은 고비점 물질)을 함유하는 클로로실란(1)(도 1)의 혼합물은 분리 컬럼(2)에 공급된다.86% TCS, 13.5% STC, 0.3% DCS, 3.2 ppm boron and trace additional impurities (methylchlorosilane, obtained by reaction of commercial metal silicon with HCl at a temperature of 350-400 ° C. in a fluidized bed reactor A mixture of chlorosilanes 1 (FIG. 1) containing hydrocarbons, high boiling materials such as siloxanes and disilanes) is fed to the separation column 2.

여기서, 컬럼 파라미터는, 오버헤드 생성물(3)이 10ppm 미만의 STC를 함유하고, 저부 생성물(4)이 10ppm 미만의 TCS를 함유하도록 선택된다.Here, the column parameters are selected such that the overhead product 3 contains less than 10 ppm STC and the bottom product 4 contains less than 10 ppm TCS.

저부 생성물(4)은 또 다른 컬럼(5)에 공급되고, 거기에서 STC 분획(5a) 및 고비점 분획(5b)(예; 실록산, 디실란, 메틸트리클로로실란, 및 가능하게는 금속 염화물)으로 분리된다.The bottom product 4 is fed to another column 5, where the STC fraction 5a and the high boiling fraction 5b (e.g. siloxane, disilane, methyltrichlorosilane, and possibly metal chlorides) Separated by.

고비점 화합물(5b)은 총량의 단지 약 1%만을 차지하기 때문에, 컬럼의 저부로부터 연속적으로 또는 배치식으로 분리된다.Since the high boiling point compound 5b occupies only about 1% of the total amount, it is separated continuously or batchwise from the bottom of the column.

컬럼(2)으로부터의 오버헤드 생성물(3)은 다음 번 컬럼(6)에서, 청정한 TCS를 함유하는 분획(6b)과 저비점 물질과 함께 TCS를 함유하는 분획(6a)으로 분리된다.The overhead product 3 from the column 2 is separated in the next column 6 into a fraction 6b containing clean TCS and a fraction 6a containing TCS together with a low boiling point material.

TCS를 함유하는 오염된 DCS의 추가적 스트림은, 그 스트림이 TCS보다 낮은 비등점을 가진 성분을 무시할 수 있는 정도로 적은 양을 함유한다면, 컬럼(6) 이전에 컬럼(2)으로부터 오버헤드 생성물(3) 내에 도입될 수 있다.An additional stream of contaminated DCS containing TCS contains an overhead product (3) from column (2) before column (6) if the stream contains an amount that is negligible to neglect the component having a boiling point lower than TCS. Can be introduced within.

상기 분획(6b)은 추가적 워크업용으로 이용될 수 있다.The fraction 6b can be used for further workup.

상기 분획(6b)은 DCS뿐 아니라, 상당한 양의 TCS 및 BCl3와 같은 저비점 불순물을 함유한다.The fraction 6b contains not only DCS but also a significant amount of low boiling impurities such as TCS and BCl 3 .

이 분획은 추가적 컬럼(7)에 공급되고, 특히 바람직한 변형예에 있어서, 불활성 가스가 추가로 공급될 수 있다. 컬럼(7)은 대기압보다 높은 압력에서 가동될 수 있도록 설계되어 있다.This fraction is fed to an additional column 7 and in a particularly preferred variant, an inert gas can be further supplied. The column 7 is designed to be operated at a pressure higher than atmospheric pressure.

컬럼(7)으로부터의 저부 생성물(7b)은 컬럼(2)에서 사용하기 위해 재순환된다.Bottom product 7b from column 7 is recycled for use in column 2.

상당한 양의 붕소를 함유하는, 컬럼(7)으로부터의 오프가스(7c)는 스크러버를 통해 추가적 폐기 단계에 보내어질 수 있다.The offgas 7c from the column 7, which contains a significant amount of boron, can be sent to a further disposal step through a scrubber.

컬럼(7)으로부터의 오버헤드 생성물(7a)은 DCS뿐 아니라, 높은 비율의 붕소 오염물을 함유한다.The overhead product 7a from column 7 contains a high proportion of boron contaminants as well as DCS.

따라서, 이 스트림은 시스템으로부터 붕소 오염물을 효과적으로 추가 배출하는 역할을 한다.Thus, this stream serves to effectively drain boron contaminants from the system.

이하의 실시예에 나타내는 바와 같이, TCS 스트림의 붕소 함량의 극적인 감소는 놀랍게도, 다단계 냉각에 의해 컬럼(6)으로부터 오버헤드 생성물이 액화되고, 반응성 냉각 단계의 응축물이 적절히 이송될 때 얻어진다(도 2 참조).As shown in the examples below, a dramatic reduction in the boron content of the TCS stream is surprisingly obtained when the overhead product is liquefied from column 6 by multistage cooling and the condensate of the reactive cooling stage is properly transferred ( 2).

컬럼(6)으로부터의 오버헤드 생성물을, 먼저 수 냉각기(6w)에 의해 약 10?30℃, 바람직하게는 15?25℃의 온도로 냉각하는 것이 특히 유용한 것으로 나타났다.It has been found to be particularly useful to cool the overhead product from column 6 to a temperature of about 10-30 ° C., preferably 15-25 ° C., first by means of a water cooler 6w.

이 냉각기로부터의 응축물(6wk)은 컬럼에 재순환된다.Condensate 6wk from this cooler is recycled to the column.

미응축 물질(6wnk)은 염수 냉각기(6s)에 공급되고, 여기서 생성물 스트림은 약 -7℃로 냉각된다.Uncondensed material 6wnk is fed to the brine cooler 6s, where the product stream is cooled to about -7 ° C.

이 염수 냉각기로부터의 응축물(6sk)은 스트림(6a)의 제1 성분을 형성한다.Condensate 6sk from this brine cooler forms the first component of stream 6a.

염수 냉각기에서 응축되지 않은 물질(6snk)은 저온 냉각 스테이지(6t)에 공급되고, 거기에서 응축되어 응축물(6tk)을 형성한다.The non-condensed material 6snk in the brine cooler is fed to the low temperature cooling stage 6t, where it condenses to form condensate 6tk.

이것은 스트림(6a)용 제2 성분을 형성한다. 저온 냉각 스테이지는 생성물 스트림을 약 -60℃까지 냉각한다. 여기서도 응축되지 않은 물질은 오프가스로서 폐기된다. 전체 생성물 스트림(6a)은 컬럼(7)에 공급된다.This forms the second component for stream 6a. The low temperature cooling stage cools the product stream to about -60 ° C. Here again the uncondensed material is discarded as offgas. The whole product stream 6a is fed to column 7.

기재된 공정으로부터의 서브스트림(6b)은 폴리실리콘의 제조를 위한 통합된 클로로실란 플랜트의 목표 생성물, 즉 정제된 TCS이다.Substream 6b from the described process is the target product of the integrated chlorosilane plant, ie purified TCS, for the production of polysilicon.

이와 같은 방법으로 제조된 TCS는 태양전지 품질의 폴리실리콘의 증착용으로 직접 사용되거나, 다른 클로로실란 스트림과의 혼합물로 사용될 수 있고, 또는 다른 증류 단계에 의해 반도체 품질로 정제될 수 있다.The TCS prepared in this way can be used directly for the deposition of solar cell quality polysilicon, in a mixture with other chlorosilane streams, or purified to semiconductor quality by other distillation steps.

실시예Example

상업적 금속 실리콘(붕소 함량 32ppm)과 염화수소 가스의 반응에 의해 얻어진, 86%의 TCS, 13.5%의 STC, 0.3%의 DCS, 3.2ppm의 붕소 및 미량의 추가적 불순물(메틸클로로실란, 탄화수소, 실록산 및 디실란과 같은 고비점 물질)의 조성을 가진 클로로실란 혼합물(1)을 유동층 반응기에서 350?400℃의 온도에서 증류에 의해 워크업했다.86% TCS, 13.5% STC, 0.3% DCS, 3.2 ppm boron and traces of additional impurities (methylchlorosilane, hydrocarbons, siloxane and The chlorosilane mixture (1) having a composition of a high boiling point material such as disilane) was worked up by distillation at a temperature of 350 to 400 ° C. in a fluidized bed reactor.

컬럼(2)으로부터의 오버헤드 스트림(3)은 3.4ppm의 붕소(대부분 휘발성 BCl3임)를 함유하고, 저부 스트림(4)은 1.1ppm의 고비점 붕소 화합물을 함유하는 것으로 나타났다.Overhead stream 3 from column 2 was found to contain 3.4 ppm boron (mostly volatile BCl 3 ) and bottom stream 4 contained 1.1 ppm high boiling boron compound.

STC 스트림(4)을 컬럼(5)에서 증류하고, 고비점 물질은 저부 스트림을 통해 분리했는데; 오버헤드 스트림(5a)이 여전히 1ppm의 붕소를 함유하고 있으므로 붕소 화합물의 제거는 불완전하다.The STC stream 4 was distilled off in column 5 and the high boiling point material was separated through the bottoms stream; Removal of the boron compound is incomplete because the overhead stream 5a still contains 1 ppm of boron.

비교예Comparative example 1 One

클로로실란 스트림(3)을 후속 컬럼(6)에서 증류했다. 이 증류 공정은 종래 기술에 따라, 즉 소정량의 클로로실란과 함께 붕소 불순물을 단순히 배출하는 것에 의해 수행되었다.Chlorosilane stream (3) was distilled off in subsequent column (6). This distillation process was carried out according to the prior art, ie simply by discharging boron impurities with a predetermined amount of chlorosilanes.

여기서, 컬럼 파라미터는, 순수한 DCS가 상부에서 증류되는 한편, TCS는 컬럼의 저부로부터 인출되도록 선택되었다.Here, the column parameters were chosen such that pure DCS was distilled at the top while TCS was withdrawn from the bottom of the column.

이 방식으로 증류된 TCS는 여전히 280ppbw의 붕소 화합물을 함유하고 있었다.TCS distilled in this manner still contained 280 ppbw of boron compound.

붕소 화합물은 트리클로로실란으로부터의 DCS와 함께 완전히 분리될 수 없는 것으로 밝혀졌다.It has been found that the boron compound cannot be completely separated with DCS from trichlorosilane.

비교예Comparative example 2 2

클로로실란 스트림(3)을 후속 컬럼(6)에서 증류했다. 이 증류 공정도 종래 기술에 따라, 즉 소정량의 클로로실란과 함께 붕소 불순물을 단순히 배출하는 것에 의해 수행되었다.Chlorosilane stream (3) was distilled off in subsequent column (6). This distillation process was also carried out according to the prior art, ie simply by discharging boron impurities with a predetermined amount of chlorosilane.

컬럼 파라미터는, 10%의 DCS와 90%의 TCS의 혼합물이 상부에서 인출되도록 선택되었다.Column parameters were chosen such that a mixture of 10% DCS and 90% TCS was withdrawn at the top.

저부에서 인출된 TCS는 여전히 14ppbw의 붕소를 함유하고 있었다.TCS withdrawn from the bottom still contained 14 ppbw of boron.

그러나, 사용된 TCS 860kg을 기준으로 27kg/h의 TCS가 손실되었다.However, 27 kg / h of TCS was lost based on 860 kg of TCS used.

실시예Example 3 3

저비점 물질 함유 TCS 분획(3)을 컬럼(6)에서 증류했고, 상부에서 인출한 양은 오버헤드 생성물(6a)에서 DCS의 농도가 10%가 되도록 선택하였다.The low boiling point material containing TCS fraction 3 was distilled off in column 6 and the amount withdrawn from the top was chosen such that the concentration of DCS in the overhead product 6a was 10%.

88ppm의 붕소 농도가 6a에서 확인되었고, 이 컬럼(6b)으로부터의 저부 생성물은 17ppbw의 붕소를 함유하고 있었다.A boron concentration of 88 ppm was confirmed at 6a, and the bottom product from this column 6b contained 17 ppm of boron.

기재된 공정에 의하면, 오버헤드 생성물을 통해 99% 이상의 저비점 붕소 화합물을 분리할 수 있다.According to the described process, at least 99% of the low boiling boron compounds can be separated through the overhead product.

DCS-함유 분획(6b)은 컬럼(7)에서 0.1?2.5bar의 계기 압력 하에 증류되었다.The DCS-containing fraction 6b was distilled off in column 7 under a meter pressure of 0.1-2.5 bar.

10ppm 미만의 DCS 및 2.6ppm의 붕소를 함유하는 순수한 TCS가 저부 생성물(7b)에서 얻어졌다. 이 생성물은 컬럼(2)으로 재순환되었다.Pure TCS containing less than 10 ppm DCS and 2.6 ppm boron was obtained in the bottom product (7b). This product was recycled to column (2).

오버헤드 생성물(7a)에서 99.4%의 DCS, 0.6%의 모노클로로실란 및 770ppm의 붕소가 확인되었다.99.4% DCS, 0.6% monochlorosilane and 770 ppm boron were found in the overhead product 7a.

모든 불순물이 분리 제거된 후, 20ppb 미만의 붕소를 함유하는 약 83%의 순수한 TCS가 클로로실란 혼합물(1)로부터 제조될 수 있었다.After all the impurities were separated off, about 83% of pure TCS containing less than 20 ppb of boron could be prepared from the chlorosilane mixture (1).

TCS 분획(7b)의 재순환은 수율을 86%까지 증가시켰다.Recycling the TCS fraction (7b) increased the yield to 86%.

또한, STC 분획(5a)은 출발 혼합물의 양을 기준으로 약 13%의 양으로 얻어지고, 1ppm의 붕소 함량을 가지며, DCS 분획(7a)은 출발 혼합물의 양을 기준으로 약 0.3%의 양으로 얻어지고, 약 770ppm의 붕소를 함유한다.In addition, the STC fraction 5a is obtained in an amount of about 13% based on the amount of the starting mixture, has a boron content of 1 ppm, and the DCS fraction 7a is in an amount of about 0.3% based on the amount of the starting mixture. Obtained, containing about 770 ppm of boron.

실시예Example 4 4

저비점 물질 함유 TCS 분획(3)을 실시예 3에 기재된 바와 같이 증류했다.The low boiling point material containing TCS fraction (3) was distilled as described in Example 3.

그러나, 잔류 수분 함량이 H20 1ppmv 미만인, 20㎥/h의 질소(6c)를, 컬럼(7)으로 공급되는 DCS-함유 피드스트림(6a) 내에 추가로 도입했다.However, 20 m 3 / h of nitrogen 6c having a residual moisture content of less than H 2 O 1 ppmv was further introduced into the DCS-containing feed stream 6a fed to the column 7.

불활성 가스로서 Ar 또는 H2도 사용될 수 있었다.Ar or H 2 could also be used as the inert gas.

불활성 가스의 도입 위치는 공급 스트림 내 또는 컬럼 자체 중 어느 하나일 수 있다. 실시예의 목적을 위해, 불활성 가스는 공급 스트림 내에 도입되었다.The point of introduction of the inert gas can be either in the feed stream or in the column itself. For the purposes of the examples, an inert gas was introduced into the feed stream.

또한, 오프가스의 저온 응축은 생략되었다.In addition, low temperature condensation of the offgas was omitted.

불활성 가스를 첨가함으로써, 컬럼으로부터의 오프가스의 양이 증가되었다.By adding an inert gas, the amount of offgas from the column was increased.

400ppm에 불과한 붕소가 오버헤드 생성물(7a)에서 확인되었다.Only 400 ppm boron was found in the overhead product 7a.

이론적으로는, 상기 양의 2배 이상의 붕소, 즉 컬럼에 공급된 BCl3의 50% 이상이 오프가스 스트림(7c)에 축적될 것으로 예상되었다.In theory, it was expected that at least twice that amount of boron, ie at least 50% of the BCl 3 supplied to the column would accumulate in the offgas stream 7c.

질소가 대부분이고 미량의 BCL3, MCS 및 DCS가 함유된 오프가스 스트림을 스크러버로 이송하고 폐기했다.The offgas stream containing mostly nitrogen and trace amounts of BCL 3 , MCS and DCS was transferred to a scrubber and discarded.

이 실시예에서 제조된 TCS(6b)는 단지 12ppbw의 붕소를 함유했다.The TCS 6b prepared in this example contained only 12 ppbw of boron.

그 결과를 표 1에 종합한다.The results are summarized in Table 1.

TCS 수율 TCS yield TCS의 B 함량B content of TCS 비교예 1Comparative Example 1 96.5%96.5% 14ppbw14 ppbw 비교예 2Comparative Example 2 100%100% 280ppbw280ppbw 실시예 3Example 3 100%100% 17ppbw17ppbw 실시예 4Example 4 100%100% 12ppbw12ppbw

실시예Example 5 5

저비점 물질 함유 TCS 분획(3)을 실시예 3에 기재된 바와 같이 증류했다.The low boiling point material containing TCS fraction (3) was distilled as described in Example 3.

여기서, 컬럼(6)으로부터의 염수 응축물을 컬럼(7)에 배출했다(도 2 참조).Here, the brine condensate from column 6 was discharged to column 7 (see FIG. 2).

놀랍게도, 이 방법은 TCS 수율의 감소 없이 불순물의 농도를 더욱 극적으로 감소시킨다.Surprisingly, this method reduces the concentration of impurities more dramatically without reducing the TCS yield.

이 방법은 붕소 농도에 대해서 뿐만 아니라, 인 농도에 대해서도 긍정적인 영향을 가지는 것이 명백하다.It is clear that this method has a positive effect not only on the boron concentration but also on the phosphorus concentration.

그 결과를 표 2에 종합한다.The results are summarized in Table 2.

실시예 5에 있어서, 일정한 TCS 수율에서 붕소 오염뿐만 아니라 인 오염 측면에서, 실시예 3에 비해 상당한 향상이 있다.In Example 5, there is a significant improvement over Example 3 in terms of phosphorus contamination as well as boron contamination at a constant TCS yield.

TCS 수율TCS yield 붕소boron sign 실시예 3Example 3 100%100% 17ppbw17ppbw 16.2ppba16.2ppba 실시예 5Example 5 100%100% < 5ppbw<5 ppbw 3.1ppba3.1 ppba

1 클로로실란; 2 분리 컬럼; 3 오버헤드 생성물; 5, 6, 7 컬럼; 6a 생성물 스트림; 6w 수 냉각기; 6s 염수 냉각기; 6t 저온 냉각기; 6s 염수 냉각기; 6sk, 6wk 응축물; 6snk, 6wnk 미응축 물질; 6t 저온 냉각 스테이지; 6tk 응축물; 7b 저부 생성물; 7c 오프가스1 chlorosilane; Two separation columns; 3 overhead product; 5, 6, 7 columns; 6a product stream; 6w can cooler; 6s brine cooler; 6t low temperature cooler; 6s brine cooler; 6sk, 6wk condensate; 6snk, 6wnk uncondensed material; 6t low temperature cooling stage; 6tk condensate; 7b bottom product; 7c offgas

Claims (9)

증류에 의한 클로로실란의 정제 방법으로서,
TCS, DCS 및 STC를 함유하는 클로로실란의 붕소-함유 혼합물을 제공하는 단계, 및 상기 클로로실란의 혼합물을 복수 개의 증류 컬럼에서 증류에 의해 정제하는 단계를 포함하고,
붕소-농후화(boron-enriched) DCS를 함유하는 오버헤드 스트림을 이용하여 저비점 붕소 화합물을 상기 증류 컬럼으로부터 분지시키고, 고비점 물질(high boiler)을 함유하는 붕소-농후화 저부 스트림을 이용하여 고비점 붕소 화합물을 분지시키는,
클로로실란의 정제 방법.
As a method for purifying chlorosilanes by distillation,
Providing a boron-containing mixture of chlorosilanes containing TCS, DCS and STC, and purifying the mixture of chlorosilanes by distillation in a plurality of distillation columns,
Low boiling boron compounds are branched from the distillation column using an overhead stream containing boron-enriched DCS and high boiling using a boron-enriched bottom stream containing high boilers. Branching point boron compound,
Method for Purifying Chlorosilane.
제1항에 있어서,
제공되는 상기 클로로실란의 혼합물은, 유동층 반응기에서 350?400℃의 온도에서 금속 실리콘과 HCl의 반응에 의해 제조되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 1,
The mixture of chlorosilanes provided is prepared by the reaction of metal silicon with HCl at a temperature of 350-400 ° C. in a fluidized bed reactor.
제1항에 있어서,
제공되는 상기 클로로실란의 혼합물은 분리 컬럼(2)에 공급되고, 컬럼 파라미터는, 상기 분리 컬럼(2)으로부터의 제1 분획(3) 중에 10ppm 미만의 STC가 존재하고 또한 상기 분리 컬럼(2)으로부터의 제2 분획(4) 중에 10ppm 미만의 TCS가 존재하도록 선택되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 1,
The mixture of chlorosilanes provided is fed to a separation column (2), the column parameters being less than 10 ppm STC in the first fraction (3) from the separation column (2) and also the separation column (2) A method of purifying chlorosilanes, wherein less than 10 ppm of TCS is selected in the second fraction (4) from.
제3항에 있어서,
상기 분리 컬럼(2)으로부터의 상기 제2 분획(4)은 제2 컬럼(5)에 공급되고, 증류에 의해 STC를 함유하는 오버헤드 스트림(5a) 및 고비점 물질을 함유하는 붕소-농후화 저부 스트림(5b)으로 분리되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 3,
The second fraction (4) from the separation column (2) is fed to a second column (5) and is boron-rich with high boiling point material and overhead stream (5a) containing STC by distillation A process for purifying chlorosilanes, separated by bottoms stream (5b).
제3항에 있어서,
상기 분리 컬럼(2)으로부터의 상기 제1 분획(3)은 제3 컬럼(6)에 공급되고, 증류에 의해 TCS를 함유하는 저부 스트림(6b) 및 DCS와 같은 저비점 물질과 함께 TCS를 함유하는 붕소-농후화 오버헤드 스트림(6a)으로 분리되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 3,
The first fraction (3) from the separation column (2) is fed to a third column (6) and contains TCS with a low boiling point material such as DCS and a bottoms stream (6b) containing TCS by distillation. A process for purifying chlorosilanes, which is separated into a boron-enriched overhead stream (6a).
제5항에 있어서,
상기 제3 컬럼(6)으로부터의 오버헤드 스트림(6a)은 불활성 가스가 공급되는 제4 컬럼(7)에 공급되고, 상기 제4 컬럼(7)으로부터의 붕소-농후화 DCS를 함유하는 오버헤드 스트림(7a)은 배출되고, 상기 제4 컬럼(7)으로부터의 저부 스트림(7b)은 상기 분리 컬럼(2)으로 재순환되며, 상기 제4 컬럼(7)으로부터 오프가스를 함유하는 제2 스트림(7c)은 폐기되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 5,
The overhead stream 6a from the third column 6 is fed to a fourth column 7 to which an inert gas is supplied, and containing boron-rich DCS from the fourth column 7. Stream 7a is withdrawn and bottoms stream 7b from the fourth column 7 is recycled to the separation column 2 and a second stream containing offgas from the fourth column 7 ( 7c) is discarded.
제6항에 있어서,
상기 제4 컬럼(7)은 대기압보다 높은 압력 하에 가동되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 6,
The fourth column (7) is operated under pressure higher than atmospheric pressure.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제3 컬럼(6)으로부터의 상기 오버헤드 스트림(6a)은 상기 제4 컬럼(7)에 공급되기 전에 액화되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method according to claim 6 or 7,
The overhead stream (6a) from the third column (6) is liquefied before being fed to the fourth column (7).
제8항에 있어서,
상기 오버헤드 스트림(6a)은 수 냉각기(6w)에 의해 약 10?30℃의 온도로 냉각되고, 형성된 응축물(6wk)은 상기 제3 컬럼(6)으로 재순환되고, 미응축 물질(6wnk)은 상기 생성물 스트림을 약 -7℃까지 냉각시키는 염수(brine) 냉각기(6s)에 공급되고, 상기 염수 냉각기(6s)에서 응축되지 않은 물질(6snk)은 저온 냉각 스테이지(6t)에 공급되고, 거기에서 응축되어 응축물(6tk)을 형성하고, 상기 응축물(6tk) 및 상기 염수 냉각기로부터의 응축물(6sk)은 상기 제4 컬럼(7)에 공급되는, 클로로실란의 정제 방법.
The method of claim 8,
The overhead stream 6a is cooled to a temperature of about 10-30 ° C. by the water cooler 6w, the formed condensate 6wk is recycled to the third column 6, and the uncondensed material 6wnk. Silver is fed to a brine cooler 6s that cools the product stream to about −7 ° C., and the non-condensed material 6snk in the brine cooler 6s is fed to a cold cooling stage 6t, where Condensate (6tk) and condensate (6sk) from the brine cooler are fed to the fourth column (7).
KR1020120006741A 2011-02-01 2012-01-20 Process for purifying chlorosilanes by distillation KR101460142B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110003453 DE102011003453A1 (en) 2011-02-01 2011-02-01 Process for the distillative purification of chlorosilanes
DE102011003453.6 2011-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120089195A true KR20120089195A (en) 2012-08-09
KR101460142B1 KR101460142B1 (en) 2014-11-10

Family

ID=45562773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120006741A KR101460142B1 (en) 2011-02-01 2012-01-20 Process for purifying chlorosilanes by distillation

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9089788B2 (en)
EP (1) EP2481708B1 (en)
JP (1) JP5442780B2 (en)
KR (1) KR101460142B1 (en)
CN (1) CN102627282B (en)
CA (1) CA2764171C (en)
DE (1) DE102011003453A1 (en)
ES (1) ES2428521T3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014163414A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 주식회사 케이씨씨 Preparation method for polysilane

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012200992A1 (en) 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Low-doping polycrystalline silicon piece
US9718694B2 (en) * 2013-05-04 2017-08-01 Sitec Gmbh System and process for silane production
DE102013214765A1 (en) * 2013-07-29 2015-01-29 Wacker Chemie Ag Process and apparatus for the distillative separation of a three- or multi-component mixture
JP6095613B2 (en) * 2014-07-10 2017-03-15 信越化学工業株式会社 Purification method of chlorosilane
CN105366681B (en) * 2014-09-02 2017-12-01 新特能源股份有限公司 The also treating method and apparatus of the chlorosilane of original production polysilicon recovery, the processing method and system of chlorosilane in production of polysilicon
CN105480981B (en) * 2014-09-19 2017-09-26 新特能源股份有限公司 The recovery method and device of a kind of dichlorosilane in tail gas in polycrystalline reduction production
DE102014219182A1 (en) 2014-09-23 2016-03-24 Wacker Chemie Ag Control of a distillation column
DE102014220539A1 (en) 2014-10-09 2016-04-14 Wacker Chemie Ag Purification of chlorosilanes by distillation and adsorption
WO2016061278A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-21 Sitec Gmbh Distillation process
DE102014221928A1 (en) 2014-10-28 2016-04-28 Wacker Chemie Ag Fluidized bed reactor and process for producing polycrystalline silicon granules
WO2020114609A1 (en) 2018-12-07 2020-06-11 Wacker Chemie Ag Process for reducing the content of boron compounds in halosilane-containing compositions
EP4081480A1 (en) 2020-11-05 2022-11-02 Wacker Chemie AG Process for removing an impurity from a chlorosilane mixture

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2209960C3 (en) * 1972-03-02 1979-10-11 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Process for the processing of raw gases containing hydrogen fluoride from hydrofluoric acid production
US4092446A (en) * 1974-07-31 1978-05-30 Texas Instruments Incorporated Process of refining impure silicon to produce purified electronic grade silicon
DD158322A3 (en) 1980-02-19 1983-01-12 Bernd Koehler PROCESS FOR THE PREPARATION OF BORAROUS CHLOROSILANES
DE3139705C2 (en) * 1981-10-06 1983-11-10 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen Process for processing the residual gases produced during silicon deposition and silicon tetrachloride conversion
JPS5935017A (en) 1982-08-23 1984-02-25 Denki Kagaku Kogyo Kk Preparation of trichlorosilane
US5118485A (en) * 1988-03-25 1992-06-02 Hemlock Semiconductor Corporation Recovery of lower-boiling silanes in a cvd process
DE3828344C1 (en) 1988-08-20 1989-07-06 Huels Ag, 4370 Marl, De
US6060021A (en) * 1997-05-07 2000-05-09 Tokuyama Corporation Method of storing trichlorosilane and silicon tetrachloride
JP3889409B2 (en) * 2004-04-20 2007-03-07 住友チタニウム株式会社 High-purity silicon tetrachloride and its production method
DE102004037675A1 (en) * 2004-08-04 2006-03-16 Degussa Ag Process and apparatus for purifying hydrogen-containing silicon tetrachloride or germanium tetrachloride
ITRM20040570A1 (en) * 2004-11-19 2005-02-19 Memc Electronic Materials PROCEDURE AND PLANT FOR THE PURIFICATION OF TRICHLOROSILANE AND SILICON TETRACLORIDE.
JP4620694B2 (en) * 2007-01-31 2011-01-26 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ Method for producing high purity trichlorosilane
DE102007014107A1 (en) 2007-03-21 2008-09-25 Evonik Degussa Gmbh Work-up of boron-containing chlorosilane streams
JP4714198B2 (en) 2007-09-05 2011-06-29 信越化学工業株式会社 Purification method of chlorosilanes
EP2067745B1 (en) * 2007-11-30 2017-07-12 Mitsubishi Materials Corporation Method for separating and recovering conversion reaction gas
DE102008002537A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-24 Evonik Degussa Gmbh Process for the removal of boron-containing impurities from halosilanes and plant for carrying out the process
US20100061911A1 (en) * 2008-08-04 2010-03-11 Hariharan Alleppey V METHOD TO CONVERT SILICON POWDER TO HIGH PURITY POLYSILICON THROUGH INTERMEDIATE SiF4
DE102008054537A1 (en) 2008-12-11 2010-06-17 Evonik Degussa Gmbh Removal of foreign metals from silicon compounds by adsorption and / or filtration
JP5429464B2 (en) * 2009-07-16 2014-02-26 三菱マテリアル株式会社 Purification method of silane trichloride
KR101292545B1 (en) * 2009-12-28 2013-08-12 주식회사 엘지화학 Apparatus for purifying trichlorosilane and method of purifying trichlorosilane
US8524048B2 (en) * 2010-10-05 2013-09-03 Memc Electronic Materials, Inc. Processes for recovering silane from heavy-ends separation operations

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014163414A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 주식회사 케이씨씨 Preparation method for polysilane

Also Published As

Publication number Publication date
CA2764171A1 (en) 2012-08-01
KR101460142B1 (en) 2014-11-10
CN102627282B (en) 2015-06-17
DE102011003453A1 (en) 2012-08-02
US9089788B2 (en) 2015-07-28
CA2764171C (en) 2014-07-29
EP2481708A1 (en) 2012-08-01
JP2012158515A (en) 2012-08-23
EP2481708B1 (en) 2013-07-10
US20120193214A1 (en) 2012-08-02
ES2428521T3 (en) 2013-11-08
JP5442780B2 (en) 2014-03-12
CN102627282A (en) 2012-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101460142B1 (en) Process for purifying chlorosilanes by distillation
EP2294006B1 (en) Method for removing boron-containing impurities from halogen silanes and apparatus for performing said method
EP2634142B1 (en) Method for purifying chlorosilanes
US20170369325A1 (en) Method for producing trichlorosilane
US20100278706A1 (en) Method for reducing the content in elements, such as boron, in halosilanes and installation for carrying out said method
US20110052474A1 (en) Installation and method for reducing the content in elements, such as boron, of halosilanes
KR20110015527A (en) Method and system for the production of pure silicon
JP4659797B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon
US8404205B2 (en) Apparatus and method for producing polycrystalline silicon having a reduced amount of boron compounds by forming phosphorus-boron compounds
US10294109B2 (en) Primary distillation boron reduction
WO2011024257A1 (en) Purification of chlorosilane using amine compound
US20130121908A1 (en) Method for producing trichlorosilane with reduced boron compound impurities
US20120082609A1 (en) Method for producing trichlorosilane with reduced boron compound impurities
KR102618387B1 (en) Method for reducing the content of boron compounds in a halosilane-containing composition
CN113302153B (en) Process for producing purified chlorosilanes
US20220356064A1 (en) Method for obtaining hexachlorodisilane by reacting at least one partially hydrogenated chlorodisilane on a solid unfunctionalized adsorber

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171026

Year of fee payment: 4